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THEMA: Wie bekommt ein Neutrino sehr hohe Energie?

Wie bekommt ein Neutrino sehr hohe Energie? 25 Jul 2018 23:31 #38128

Hallo zusammen,
ich glaube, es ist der Mühe wert, sich dieser Frage besonders zu widmen, denn in den Videos von Andreas und Harry und Andreas bleibt die Klärung dieser Frage offen.
Der Grund des Verständnisproblems besteht darin, dass Neutrinos eigentlich keine beliebig große Energie haben dürften.
Denn es gibt ja nur drei Sorten von Neutrinos, das Elektron - das Myon und das Tau - Neutrino.
Sie unterscheiden sich in ihrer Masse und in ihrer Geschwindigkeit. Da sie sich, wenn sie unterwegs sind ständig ineinander umwandeln und wenn der Energiesatz gültig ist, dann nimmt ihre Masse zu, wenn sie kinetische Energie verlieren und umgekehrt, also ab, wenn sie wieder schneller werden.
Also wäre doch die Folge, dass ein Tau-Neutrino mit maximaler Masse jetzt bis nahe an c herangetrieben würde.
Das wäre dann ein hochenergetisches Neutrino.
Das wiederum würde heißen, dass die Summe aus Masse und kinetischer Energie keine Konstante wäre.
Neutrinos können dann zwar ihre Massen beschränkt ändern, sind aber in der Wahl ihrer kinetischen Energien frei.
Anders kann ich mir das Zustandekommen eines hochenergetischen Neutrinos nicht vorstellen.
Desweiteren scheint noch nicht ganz klar zu sein, ob das Neutrino beim Blasar erzeugt wurde, oder als Sekundärteilchen erst in der irdischen Atmosphäre entstand. Dann wäre ein hochenergetisches Proton unterwegs gewesen. Ich glaube, dass dieser Fall ausgeschlossen werden kann, denn das Proton wäre nicht zeitgleich mit den Gammaphotonen hier eingetroffen.
Also Grund genug, um sich um Klarheit zu bemühen.
Viele Grüße
Thomas

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Wie bekommt ein Neutrino sehr hohe Energie? 26 Jul 2018 00:03 #38130

Wenn ein Objekt das schon von vornherein sehr schnell in deine Richtung fliegt auch noch ein Neutrino emittiert das auch genau in deine Richtung fliegt ist die (bezugssystemabhängige) kinetische Energie des Neutrinos in deinem Bezugssystem dementsprechend höher. Ich nehme aber an dass es dir eher darum geht warum manche Neutrinos schneller sind als andere Neutrinos die aus der selben Quelle stammen. Die Frage warum das Neutrino überhaupt eine Masse hat bereitet übrigens nicht nur dir Kopfzerbrechen, sondern auch dem Standardmodell der Teilchenphysik:

Wikipedia says: The Standard Model of particle physics assumed that neutrinos are massless.
  The experimentally established phenomenon of neutrino oscillation, which mixes neutrino flavour states with neutrino mass states,
  requires neutrinos to have nonzero masses.

Klinkhamer says: The required interaction term is nonrenormalizable and violates B−L conservation.
  The ultimate explanation of this interaction term may or may not rely on grand unification.


Teilchenphysik ist zwar nicht mein Spezialgebiet, aber wenn ich es richtig verstehe führt die Modulation der Superpositionen langsam vs schnell und schwer vs leicht dazu dass sich erst im Nachinein entscheidet welche Kombination aus Masse und Geschwindigkeit, und somit welche Energie das Neutrino hat:

Stackexchange says: If the neutrinos released by beta decays all had exactly the same speed, then the phases of
  mass eigenstates would change in a predictable way, and the particles would arrive in a different but still coherent superposition.
  But since their speed varies, they actually arrive as a non-coherent mixture.
  It would be tough to tell the difference experimentally, even if you could detect low-energy muinos and tauinos by black magic.

Wikipedia says: Neutrino oscillation arises from a mixture between the flavor and mass eigenstates of neutrinos.
  That is, the three neutrino states that interact with the charged leptons in weak interactions are each a different superposition of the three
  neutrino states of definite mass. Neutrinos are created in weak processes in their flavor eigenstates.
  As a neutrino propagates through space, the quantum mechanical phases of the three mass states advance at slightly different rates
  due to the slight differences in the neutrino masses. This results in a changing mixture of mass states as the neutrino travels, but a
  different mixture of mass states corresponds to a different mixture of flavor states. So a neutrino born as, say, an electron neutrino will
  be some mixture of electron, mu, and tau neutrino after traveling some distance. Since the quantum mechanical phase advances in a
  periodic fashion, after some distance the state will nearly return to the original mixture, and the neutrino will be again mostly electron
  neutrino. The electron flavor content of the neutrino will then continue to oscillate as long as the quantum mechanical state maintains
  coherence. Since mass differences between neutrino flavors are small in comparison with long coherence length for neutrino oscillations
  this microscopic quantum effect becomes observable over macroscopic distances.


Zitierend,

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Wie bekommt ein Neutrino sehr hohe Energie? 26 Jul 2018 09:21 #38140

Wie sicher ist das eigentlich mit diesen Oszillationen und der Neutrinomasse?
Kann es evtl. sein, dass sich das doch noch als falsch herausstellt und die Neutrinos doch masselos sind?
Entweder experimentell oder durch eine andere theoretische Erklärung?

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Wie bekommt ein Neutrino sehr hohe Energie? 26 Jul 2018 11:10 #38144

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blende8 schrieb: Wie sicher ist das eigentlich mit diesen Oszillationen und der Neutrinomasse?
Kann es evtl. sein, dass sich das doch noch als falsch herausstellt und die Neutrinos doch masselos sind?
Entweder experimentell oder durch eine andere theoretische Erklärung?

Ich nehme an Du kennst den WIKI-Artikel ?

Im Standardmodell der Teilchenphysik haben Neutrinos keine Masse. Es gibt Erweiterungen des Standardmodells und auch einige Große Vereinheitlichte Theorien, die eine von null verschiedene Masse vorhersagen.

Methoden zur Bestimmung der Neutrinomasse zerfallen in vier Gruppen:

  • direkte Bestimmung der Masse aus der fehlenden Energie beim Betazerfall
  • die Beobachtung von Neutrinooszillationen , also Umwandlungen einer Neutrinoart in eine andere
  • die Suche nach neutrinolosen doppelten Betazerfällen
  • indirekte Folgerungen aus anderen Beobachtungen, insbesondere aus der beobachtenden Kosmologie

Es gibt sogar Überlegungen, dass es nur eine Neutrinosorte gibt, die durch Änderung bzw Hervortreten einer der vorhandenen Neutrino-Komponenten nur eine geänderte Darstellungsform (Zustand v1 bis v3) hervorbringt. Demnach wäre jede Zustandsform nur eine andere Ausprägung (Überlagerung) in der Kombination der Neutrino-Komponenten. Wobei man sogar überlegt, ob nicht eine der Neutrino-Komponenten davon eine negative Masse haben könnte, die die anderen wieder ausgleichen.
Wüsten Spekulationen in diesem Bereich sind dadurch zugegeben natürlich Tür und Tor geöffnet.

MfG
WL01
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MfG
WL01

Wie bekommt ein Neutrino sehr hohe Energie? 26 Jul 2018 22:47 #38173

Naja, dass das gemessene Ereignis eine Energie freigesetzt hat, die bei 260 TeV lag, ist schon für sich bemerkenswert. Die Frage, die ich mir stelle, kann ein Neutrino, egal in welcher Superposition es sich befindet, überhaupt soviel Energie im Rucksack dabei haben.
Dass es von einem Fermionenzerfall stammen sollte, setzen wir voraus und dass das Fermion selbst schon mit relativistischer Geschwindigkeit in unsere Richtung unterwegs war, setzen wir auch voraus.
Soweit ich weiß, wird ein Neutrino beim Betazerfall ungerichtet emittiert. Mit welcher Häufigkeit werden also Neutrinos in Flugrichtung des verursachenden Fermions emittiert. Und wenn der Blazar auch noch in einer Entfernung von 4,5 Mrd. LJ steht, mit welcher Wahrscheinlichkeit kann uns denn dann überhaupt ein solches Neutrino treffen. Die geht doch gegen Null.
Daraus erklärt sich zwar der niedrige Sigmawert, aber den zu hinterleuchten, also mit welcher Wahrscheinlichkeit dieses Ereignis tatsächlich auf ein Neutrino diesen Ursprungs zurückzuführen ist, wäre eigentlich der Hintergrund meiner Fragestellung gewesen.
Wie dieser Sigmawert hier ermittelt wurde, bei einem ! Ereignis, das wäre interessant, zu erfahren.
Grüße
Thomas

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Wie bekommt ein Neutrino sehr hohe Energie? 02 Okt 2018 12:41 #42961

Ich dachte mir, das könnte dich interessieren:

The ANITA Anomalous Events as Signatures of a Beyond Standard Model Particle, and Supporting Observations from IceCube
Derek B. Fox, Steinn Sigurdsson, Sarah Shandera, Peter Mészáros, Kohta Murase, Miguel Mostafá, Stephane Coutu (Penn State University)
(Submitted on 25 Sep 2018)
arxiv.org/abs/1809.09615
PDF Text: arxiv.org/pdf/1809.09615.pdf

Ausschnitt aus dem Fazit:
"Within these SUSY-motivated scenarios, the SEECR[*] particle’s associated least-mass SUSY particle can provide an attractive candidate for the dark matter [60]." (S.12)
[*]Sub-EeV Earth-emergent Cosmic Rays (SEECRs)
[60] J. L. Feng, “Non-WIMP candidates,” in Particle Dark Matter : Observations, Models and Searches, edited by G. Bertone (Cambridge University Press, 2010) p. 190.

Das IceCube Experiment hat bereits mehrere Beobachtungen gemacht und nun machte ANITA die zweite Beobachtung. Langsam wird hier eine Erklärung nötig.
Könnte das Thema vielleicht bei der Folge 10 (Supersymmetrie), Von Aristoteles zur Stringtheorie, angesprochen werden?

Beste Grüße
Folgende Benutzer bedankten sich: Thomas

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Wie bekommt ein Neutrino sehr hohe Energie? 02 Okt 2018 23:34 #42984

IlMS86,
erst mal danke für die Links. Super interessant!
Die haben es da offensichtlich mit Teilchenergieen zu tun, die man am CERN nicht darstellen kann. Wenn das stimmt, was die da erzählen, kommen wir mit dem CERN nie in diese Größenordnungen.
Ob diese Beobachtungen auch in der Reihe AzS angesprochen werden, weiß ich nicht, da ich die Videos auch erst sehe, wenn sie hochgeladen sind.
Wenn Josef dieses liest, kann er ja kurz mitteilen, ob er darauf eingegangen ist, annehmend, dass das Video schon existiert.
Thomas

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